计算思维引导通识型创新人才教学研究

陈淑鑫，刘相娟，刘明，薛仁政，刘艳菊

（1. 齐齐哈尔大学 现代教育技术中心，黑龙江 齐齐哈尔 161006；2. 哈尔滨工程大学 理学院，黑龙江 哈尔滨 150001）



计算思维引导通识型创新人才教学研究

陈淑鑫1，2，刘相娟1，刘明1，薛仁政1，刘艳菊1

（1. 齐齐哈尔大学 现代教育技术中心，黑龙江 齐齐哈尔 161006；2. 哈尔滨工程大学 理学院，黑龙江 哈尔滨 150001）

摘要：阐述了计算机科学与所学专业知识方法的结合，计算机系列课程教学改革中融入计算思维形成通识教育的优势.教学实践表明，通过教学改革优化了通识型教学体系的知识结构，培养了通识型应用人才的自主学习意识，奠定了学生创新思维能力，培养了高素质创新人才.

关键词：大学计算机课程；计算思维；通识教育；自主学习

“计算”这个原本专门的数学概念，现已泛化到了人类的整个知识领域，上升到极为普适的科学概念和哲学概念.人类的科学思维包括计算思维、理论思维和实验思维，如同人们具备是非判断、文字读写和进行算术运算一样，每个人都具有早已存在的思维活动和技能的计算思维能力.美国卡内基·梅隆大学周以真教授给出计算思维的定义是运用计算机科学的基础概念去求解问题、设计系统和理解人类的行为.可见，计算思维涵盖了反映计算机科学在内的系列广泛思维活动［1］.当计算思维真正融入人类活动的整体中［2］，将成为现实生活中的思维方式.目前，社会上将计算机科学等同于计算机编程，错误地认为主修计算机科学就业面狭窄.事实恰恰相反，大数据信息时代主修计算机科学的学生应用计算机软、硬件的基础知识［3］，会更好地再从事化工、生物、医学、法律、商业及政治等任何类型的科学和工程行业，甚至是艺术创作.

在通识教育教学理念下，将计算思维融会贯通于学生的解析方法及能力运用.由于计算机学科研究涉及面广，促使基于不同层次的专业系统问题求解具备共同特征［4］.因此，计算机基础教学不仅是通识教育的重要组成部分，尤为重要的是潜移默化地培养学生用计算思维理念去解决自身专业问题.教育部高等学校计算机基础课程教学指导委员会提出的“计算机基础教学四个方面的能力目标”中指出：计算机学科能力是认知计算机的分析能力和应用计算机求解能力［5］.也就是说，计算机基础教学立足点落在培养学生对计算环境的认识，关键是培养学生在计算环境下掌握问题求解的方法.2010年复旦大学校长杨玉良教授对通识教育特征概括为3个方面［6］：（1）通识教育要同时传递科学精神和人文精神；（2）通识教育要展现不同文化、不同学科的思维方式；（3）通识教育要充分展现学术的魅力.在人才培养目标中明晰“通识型”人才的内涵，将无意识的计算思维变成有意识的思维，确定培养目标，制定培养方案，主动地在各自的专业中应用计算思维解决问题.

1　计算思维敦促计算机基础课程的教学改革

通识教育要展现不同学科的思维方式，而计算机基础课程正面临大数据时代超性能计算的应用领域快速扩充，各专业的利用价值日益凸显，经济及社会对具有计算机能力的人才要求提升等，多方因素推动计算机基础课程的改革不能滞后.教学改革中突出计算思维能力［7］的教学定位，培养计算机基础教学的核心能力，涉及到学科知识体系的教学核心知识，更能反映计算机学科的本质体现通识教育特征.

1.1调整计算机基础课程培养方案

目前，国内高校非计算机专业本科生的第一门计算机课程是大学计算机文化基础（或计算机公共基础），授课计划围绕计算机科学与技术学科中基础性的知识和重要概念，强调操作技能的掌握，较少运用计算机解决专业问题.以计算思维能力培养为核心的计算机基础教学改革，将现有的计算机基础教学课程体系和教学内容合理地定位，确保计算机基础教学稳定、核心的教学内容.学校调整2013年秋季新生授课计划，在课程内容和授课对象方面进行了大胆的试点，分成工科、理科、文科及艺术4类学生教学改革试点.工科类开设嵌入式的知识平台；理科专业开设主流财务管理软件，制作报表和数据统计；文科专业开设制作演示影音流媒体类应用软件；艺术专业开设智能化音乐及动画制作，使用计算机相关软件进行艺术设计和制作.更新培养方案偏重于普及信息技术应用对经济社会、生活、工作及学术发展的巨大贡献，加深信息技术与自然科学相结合，相得益彰，巩固计算机基础课程的重要地位.

1.2整合夯实专业应用知识能力

计算机教学改革的新形势下［8］，计算机语言的课程讲授重点需从介绍计算机学科的整体情况入手，整合知识贯通计算思维的本质，培养学生运用计算机科学基本概念、方法和思想自主学习的能力，从而构建完整的计算机科学的知识体系.改进教学方法推动式思维，传授学生将来从事科学工作的技巧，训练学生掌握运用计算思维能力解决专业领域问题的思路和方法，各专业根据培养目标进行完整的教学设计，科学地制订本专业的计算机课程的教学大纲.专业教学中融入计算思维增添抽象的知识点，使学生理解和掌握信息技术基础知识和基本方法，掌握基本的信息技术应用能力，掌握利用计算工具解决专业领域问题的思路和做法.专业课的课程教学内容不做调整，开展“第二课堂”专题研讨，研讨中结合本专业问题引导学生深入体会专业知识背后所蕴含的计算思维规律.

1.3解决计算环境各异性

计算机基础课程作为通识教育的重要组成部分，计算思维能力的培养融入计算机基础的教学改革中，从信息技术基础引入多领域的云平台、超算平台等计算仿真模拟环境.计算机基础教学与不同专业结合紧密，根据各专业特色，设置课程内容，安排课后作业，使计算机不再是陌生而抽象的概念，而是熟悉领域内必备解决问题的工具.学生学会运用计算机科学的基础概念进行问题求解，学会用计算机系统描述和解决实际问题，加深计算机概念的理解与认识成为最感兴趣的话题.同时加强计算机语言教学，尤其在程序设计课程中重点强调数据结构和算法实现，不同专业的学生运用计算思维来认识、形成的思维方式，解决同类的系列问题.计算思维灵活运用到启发式的教学中，引导学生深入思考，体察到关键点之外的问题、方法及其之间的联系.

2　计算思维推动通识型人才的自主学习

党的“十八大”及系列报告中明确强调：教育是民族振兴和社会进步的基石，全面实施素质教育，培养学生创新精神，培养德智体美全面发展的社会主义建设者和接班人，充实国家建设的主力军.基于此态势，高校亟需培养通识型人才，应用计算机科学的基本概念、方法和思想内化思维过程去分析和解决问题，培养自主学习意识，开拓性地研究逐步反馈到计算思维的过程，使学生在后续的学习和实践中深入体会计算思维的本质［9］.

2.1 通识教育规划计算思维策略

通识教育教学方法中运用计算机科学基本概念、方法和思想的理解，关注学生个体自由、全面发展，由灌输式教育模式向启发式、自主式学习模式转变，学生探索研究式的自主学习，让教师成为教学的主导者，起到控制学习过程、提供教学资源和教学建议的作用.学生能够在教师的指导下，采取基于解决问题的学习、基于证据的学习和质询式的学习等方法主动进行思考，能够获得更深层次的思考技巧，有效地提高信息素养，利用多样的信息资源扩充知识，增强判断思维推进自主学习的潜力和机会，真正体现通识教育的内蕴.

2.2通识教育注重实践教学环节

各学科的实践教学需要借助于特定的设备（或科学工具），获取实验数据得以分析.通识教育下以实验为基础的学科有物理、化学、地理、机械、天文、生物、医学和农林等，以及由此派生的众多学科.通识教育发挥了实践教学内容的动态性与连续性，教学内容围绕本学科的发展前沿变化及社会的发展进步而不断做动态调整，及时更新与前沿接轨.实践案例能够触动学生操作思维，有助于创新能力的形成.实践教学环节中通过观测数据中的科学规律养成运用计算思维去求解问题，如在天文数据中大部分是观测现象得到的推理，如何用计算理论证明出现象，激发学生个体的无限潜能，挖掘创造潜力，参与到研究中来独立思考、自由讨论.创新性拓宽校外资源的渠道与企业和科研院所加强合作，注重学生全方位的能力培养.

2.3通识教育培养计算思维能力

从人才培养计划和课程体系的角度通盘考虑，教师在实践教学中整体架构知识的连贯，衔接专业需求，系统地完善学生自主与思维能力培养，形成科学的知识体系、稳定的知识结构，从学生自主解决问题出发，强调学习的方法、思路和步骤，展现计算机学科独特的思维方式，为将来创新性地解决专业问题奠定基础.在合理的范围内弱化对学生的约束，使学生有更大的自主选择权.

3　计算思维拓展通识型人才的创新意识

心理学家在阐述“通感效应”时举例艺术创作与鉴赏活动中，各种感觉相互渗透或者挪移的心理现象，将听觉转化为视觉与触觉.将此效应移植到教学中，学生明晰计算机编程仅仅是整个计算机学科的一部分，注重学生清晰思考的能力培养，向学生传递一种计算机“感觉”，感知计算机能够解决研究领域相应问题的直觉能力，培养学生通过编程解决实际问题的能力.

计算思维的本质是抽象和自动化［10］.在完整的计算机科学知识体系基础上，顺应不同层次培养目标，不同专业需求，满足各方期望.计算机基础教学改革沿着多样化、多层次提升信息素养，合理定位计算机基础教学目标和教学内容，融合现有的知识体系提炼并展现隐含在知识背后的计算思维方法，激发学生求知欲望和共鸣.让计算机基础教学成为名副其实的传授基本知识、培养应用能力、训练计算思维的大学通识教育课程.在提升高水平大学建设中，教学方法的选择不但承担着开阔师生视野和激发创新思维的重任，更能培养创新型人才形成计算思维，助推通识教育体系，提升学生自主学习的积极性和独立思考的创造性.多维地满足不同专业应用基本理论去解决问题，真正将知识作为载体实现思想、方法的传授，提高科学与创新素养，锻炼学生自立、合作及创造性地学习素养能力.大学教育重在营造精神性和学术性的氛围，打破禁锢教师和学生整齐划一的思维.创新能力的培养凭借扎实的基础保障，形成创造思维需要不同学科的交叉渗透，使学生开拓思路、丰富视野.

参考文献：

［1］ 何钦铭，陆汉权，冯博琴.计算机基础教学的核心任务是计算思维能力的培养［J］.中国大学教学，2010（9）：49

［2］ 陈国良，张龙，董荣胜.大学计算机素质教育：计算文化、计算科学和计算思维［J］.中国大学教学，2015（6）：11

［3］ 史文崇.思维的计算特征与计算的思维属性［J］.计算机科学，2014（2）：12

［4］ 李廉.计算思维：概念与挑战［J］.中国大学教学，2012（1）：9

［5］ 教育部高等学校计算机基础课程教学指导委员会.高等学校计算机基础教学发展战略研究报告暨计算机基础课程教学基本要求［M］.北京：高等教育出版社，2009

［6］ 杨玉良.深入实施通识教育，培养未来社会中坚［J］.中国高等教育，2010（19）：4-5

［7］ 葛海淼，戴学丰，李诚.计算思维融入教学的合理性与必然性［J］.高师理科学刊，2014，34（4）：100

［8］ 陈国良，董荣胜.计算思维与大学计算机基础教育［J］.中国大学教学，2011（1）：8

［9］ 张桂香，堵秀凤，于晓敏.基于计算思维的大学计算机基础教学设计［J］.高师理科学刊，2013，33（6）：99

［10］ 龚沛曾，杨志强.大学计算机基础教学中的计算思维培养［J］.中国大学教学，2012（5）：52

Teaching research of computational thinking guiding general innovative talents

CHEN Shu-xin1，2，LIU Xiang-juan1，LIU Ming1，XUE Ren-zheng1，LIU Yan-ju1
（1. Center of Modern Education and Technology，Qiqihar University，Qiqihar 161006，China；2. School of Science，Harbin Engineering University，Harbin 150001，China）

Abstract：Describe the combination of computer science integrating with the methods of expertise learned.Discuss the teaching reform of computer courses with computational thinking becoming into the advantages of general education formation.Optimize the knowledge structure of general education system，bring up the autonomous learning of general applicable talents，thus laying creative thinking ability and training qualified creative talents.

Key words：college computer；computational thinking；general education；independent learning

中图分类号：TP30∶G642.0

文献标识码：A

doi：10.3969/j.issn.1007-9831.2016.05.024

文章编号：1007-9831（2016）05-0085-04

收稿日期：2016-01-15

基金项目：黑龙江省高等教育教学改革项目（JG2012010679）；黑龙江省高等教育学会项目（14G152）；黑龙江省教育厅科研项目（12541868）；2016年齐齐哈尔大学教育科学研究项目

作者简介：陈淑鑫（1978-），女，吉林德惠人，副教授，硕士，从事计算机教学研究.E-mail：shuxinfriend@126.com